理论教育 超新星爆炸:元素产生的关键

超新星爆炸:元素产生的关键

时间:2023-11-18 理论教育 版权反馈
【摘要】:所以从宇宙形成元素的角度来说,超新星爆炸是很重要的,因为超新星爆炸时会将恒星核心在演化时产生的元素,例如碳、氧、铁等,经过爆炸后散发向太空,其后形成了地球以及地球上的生命。这样看来,超新星爆炸就仿佛把整个元素形成的过程圆满解释了:大爆炸产生氢和氦,恒星演化产生由碳到铁的元素,超新星爆炸产生其他比铁更重的元素。但科学是不断进展的,超新星爆炸产生重金属元素的理论,最近受到挑战。

超新星爆炸:元素产生的关键

超新星爆炸在历史上有很多的记载,例如在我国宋史上,记载了1054年有一个客星出现,那颗星的光芒在日间仍能看见,而且持续了23天都可以看到,后来变暗了,只有在夜间才看到,在夜间能看到的日子也大概过了一年才渐渐变暗。所以在中国历史上把超新星称为客星,因为它就像一个客人一样到访。今天超新星之所以有这个名字是因为它是新出现的,而且当一个新星非常光亮的时候我们会把它称为超新星,但其实它是在一颗恒星死亡的时候产生的。其他国家和民族的历史上也有超新星的记载,例如1006年阿拉伯的历史记载、1572年天文学先驱第谷的记载,1604年开普勒也有记载超新星(见图7.14)。

图7.14 核子束缚能和原子质量数的关系

1054年宋史记载的超新星,到了今天已经不能再看见了,但今天我们会在同一位置看到蟹状星云,这就是超新星爆炸所产生的遗骸。蟹状星云中间有一颗中子星,从恒星死亡到中子星的诞生,过程是怎样的呢(见图7.15)?

上面说到恒星核心的核融合作用到了产生铁元素时,已经到达相当稳定的状态,核作用会停下来,气体压力再不能跟万有引力对抗,令核心向内压缩,温度更高,这时另外的物理现象产生了。

首先,在高温情况下,核心充满极高能的光子,这些光子和铁原子核碰撞,能量足以把铁原子核撞成碎片,例如alpha粒子和中子等,这种现象称为光致蜕变(photodisintegration)。 把较稳定的铁原子核弄碎,需要吸收能量,所以从碰撞中飞出来的碎片的总能量会减少,形成冷却效应,加快万有引力向内压缩的过程。

(www.daowen.com)

图7.15 蟹状星云

其次,在高密度的情况下,电子可以与核子中的质子合成中子,这过程也是吸热的,所以同样会产生冷却效应,加速向内压缩的过程。

这些过程让中子在核心中堆积,当外面的物质不断向内塌缩,最终碰到这核心反弹,形成向外的冲击波,把外围的物质都轰出去,便是我们看到的超新星爆炸。

所以从宇宙形成元素的角度来说,超新星爆炸是很重要的,因为超新星爆炸时会将恒星核心在演化时产生的元素,例如碳、氧、铁等,经过爆炸后散发向太空,其后形成了地球以及地球上的生命。

超新星的另一作用,就是有可能在爆炸过程的极高温中,产生很多比铁更重的元素,例如金、银、铂等贵价金属。这样看来,超新星爆炸就仿佛把整个元素形成的过程圆满解释了:大爆炸产生氢和氦,恒星演化产生由碳到铁的元素,超新星爆炸产生其他比铁更重的元素。浪漫地说,原来我们的世界和我们的身体,都是由星尘组成的。但在乎您的观点与角度,我们也可以说自己是由核废料组成的。

科学是不断进展的,超新星爆炸产生重金属元素的理论,最近受到挑战。

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